Redoks - Share ITS - Institut Teknologi Sepuluh Nopember

ii
Untuk memperkaya sumber belajar di lingkungan pendidikan diperlukan campur tangan
perguruan tinggi yang memiliki ilmuwan, peneliti, innovator, dan co-kreator dalam
bidang teknologi informasi dan komunikasi serta berpengetahuan dalam bidangnya.
Idealnya, apabila sumber belajar ini mampu diakses oleh banyak pengguna, murah, dan
dinamis, seyogyanya dapat diproduksi oleh dosen di perguruan tinggi dalam rangka
menumbuh kembangkan technopreneurship perguruan tinggi.
Alhamdulillah, melalui program kerjasama antara Institut Teknologi Sepuluh Nopember
dengan Direktorat Pembelajaran dan Kemahasiswaan Ditjen Dikti ini telah dikembangkan
konten pembelajaran untuk siswa SMA Kelas XII dengan topik Reaksi Redoks dan
Elektrokimia. Konten pembelajaran ini dikemas dalam bentuk Buku Sekolah Interaktif,
disamping modul berbasis Web (e-materi) sebagai pendampingnya. Buku Sekolah
Interaktif dan e-materi ini sebagai contoh dalam pengembangan e-materi sekaligus
contoh bagi penyusunan Buku Sekolah Elektronik.
Buku Sekolah Interaktif dan e-materi ini merupakan sarana yang ampuh bagi siswa dan
mahasiswa untuk belajar tanpa mengenal keberadaannya dan waktunya. Ketersediaan
Buku Sekolah Interaktif dan e-materi semacam ini diharapkan dapat memberikan
kontribusi bagi pembelajaran yang sangat efisien, karena sumber belajar yang sama
dapat digunakan oleh ribuan orang dalam waktu yang bersamaan. Pembelajaran akan
menarik terutama bagi siswa, karena informasi yang dihadirkan dalam sarana ini mudah
dipahami, menyenangkan, membuat peserta belajar semakin penasaran untuk lebih
tahu, dan murah. Konten yang lengkap dan jelas akan menumbuhkan minat belajar dan
akan semakin digemari sampai tumbuhnya masyarakat yang cerdas, kaya pengetahuan,
bahkan sampai berkemampuan mengembangkan ilmu pengetahuannya melalui
percobaan, penelitian, kajian yang akhirnya akan berdaya dengan pengembangan
kompetensinya.
Pada program ini, e-materi dikembangkan dengan strategi objek pembelajaran dimana
materi pelajaran dipecah ke dalam bagian-bagian kecil menggunakan prinsip
keberbutiran dan mewujudkannya sebagai objek lepasan yang dapat dilepas dan
dirangkai kembali hingga dapat menjalankan mekanisme share dan reuse objek
pembelajaran. Mekanisme share dan reuse dalam pengembangan dan manajemen
konten pembelajaran sangat mendukung program berbagi e-materi sehingga dapat
membantu untuk membudayakan berbagi ilmu-pengetahuan, teknologi dan seni.
Demikian, semoga bermanfaat.
TIM PENYUSUN
iii
iv
Ecell
potensial sel atau electromotive force (disingkat emf) atau
Eo
potensial reduksi standar
W
massa yang dihasilkan
i
arus listrik
t
lama waktu
Ar
massa atom relative
val
jumlah elektron
Me
massa ekuivalen
|
perbedaan fase
||
jembatan garam
v
vi
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
DAFTAR ISI
V
VII
1 PENGANTAR REAKSI REDOKS & ELEKTROKIMIA
1
2 REAKSI OKSIDASI-REDUKSI
7
2.1 PENGANTAR
2.2 DEFINISI REAKSI REDOKS
2.3 PENYETARAAN REAKSI OKSIDASI-REDUKSI
2.3.1 PENYETARAAN DENGAN METODE BILANGAN OKSIDASI
2.3.2 PENYETARAAN DENGAN METODE SETENGAH REAKSI
2.4 RINGKASAN
2.5 LATIHAN
2.6 ASESMEN
7
8
11
11
13
17
18
20
3 ELEKTROKIMIA
23
3.1 PENGANTAR
3.2 SEL VOLTA/ SEL GALVANI
3.2.1 ANODE DAN KATODE
3.2.2 POTENSIAL SEL
3.2.2.1 Potensial Reduksi Standar
3.2.2.2 Potensial elektrode positif
3.2.2.3 Potensial elektrode negatif
3.2.2.4 Latihan
3.2.3 REAKSI SEL
3.2.4 APLIKASI SEL VOLTA
3.2.4.1 Baterai Primer
3.2.4.2 Baterai Sekunder
3.2.4.3 Reserve Baterai
3.2.4.4 Sel Bahan Bakar/ Fuel Cell
3.3 SEL ELEKTROLISIS
3.3.1 HUKUM FARADAY
3.3.2 APLIKASI ELEKTROLISIS
3.3.2.1 Pemurnian logam tembaga
3.3.2.2 Penyepuhan logam
3.3.2.3 Produksi Aluminium
3.3.2.4 Produksi Natrium
23
24
25
29
30
31
33
34
36
37
40
42
43
44
47
50
54
54
57
58
60
vii
3.4 KOROSI
3.4.1 PENYEBAB KOROSI
3.4.2 PENCEGAHAN KOROSI
3.4.3 PERKARATAN DAN PENCEGAHANNYA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
3.5 RINGKASAN
3.6 LATIHAN
3.7 ASESMEN
61
62
63
64
65
66
68
DAFTAR ISTILAH
71
DAFTAR PUSTAKA
73
viii
Dalam kehidupan kita sehari-hari sangat banyak
hal-hal yang terkait dengan reaksi oksidasi reduksi (redoks) dan elektrokimia. Teknologi
maju seperti telepon genggam, kalkulator, jam,
tape recorder yang kita jumpai sehari-hari
menggunakan baterai yang melibatkan sel
elektrokimia. Bahkan, dengan teknologi siliconchip, barang-barang tersebut memungkinkan
untuk dibuat dalam ukuran sangat kecil dan
hanya dikemas menjadi satu barang multifungsi.
Contoh lain yang kita temukan, terjadi secara
alami yaitu perkaratan besi. Perkaratan (korosi)
adalah sebuah peristiwa yang secara alamiah
dapat terjadi pada semua logam di alam ini. Besi
adalah suatu logam yang memiliki sifat paling
mudah mengalami perkaratan, sedangkan emas
dan perak cukup sulit mengalami perkaratan dan
dikenal sebagai logam mulia. Peristiwa
perkaratan tersebut adalah sebuah contoh
proses reaksi oksidasi-reduksi yang umum
terjadi di sekitar kita.
Gambar 1 Baterai sebagai Aplikasi dari
Sel Volta
Gambar 2 Perkaratan Logam
Penyepuhan logam seperti yang digunakan
dalam industri perhiasan emas, peralatan logam
rumah tangga seperti sendok, panci dan
sebagainya, adalah hasil dari reaksi reduksi
maupun oksidasi yang berlangsung secara terus
menerus. Proses ini menghasilkan pengendapan
ion logam pada katode dengan cara elektrolisa.
Cara ini juga dimanfaatkan untuk melindungi besi
dari perkaratan.
Gambar 3 Poduk Perhiasan Hasil
Penyepuhan Logam
1
Pada bagian topik bahasan reaksi redoks dan
elektrokimia ini, akan dipelajari tentang reaksi
oksidasi-reduksi, hubungan antara reaksi redoks
dengan konsep listrik (fisika), dan seberapa besar
listrik yang dihasilkan dalam sebuah sel volta.
Selain itu, jenis dan banyaknya zat yang
diperoleh dalam sebuah sel elektrolisis akan
dipelajari sebagai dasar dari proses penyepuhan
logam seperti beberapa contoh tersebut di atas.
Gambar 4 Poduk Rumah Tangga Hasil
Penyepuhan Logam
Setelah menyelesaikan belajar, latihan, dan asesmen menggunakan e-materi ini
pembelajar akan mampu mencapai Standar Kompetensi berikut:
• Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem elektrokimia yang
melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosi dan dalam
industri.
Untuk mencapai Standar Kompetensi tersebut, pembelajar harus terlebih dahulu
mencapai Kompetensi Dasar sebagai berikut:
• Menjelaskan konsep reaksi oksidasi-reduksi.
• Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dalam sistem elektrokimia yang
melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosi dan dalam
industri.
Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dan
elektrokimia dalam teknologi dan kehidupan
sehari-hari
Menjelaskan konsep reaksi
oksidasi-reduksi
Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi
dalam sistem elektrokimia yang melibatkan
energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah
korosi dan dalam industri
Gambar 5 SK-KD Reaksi Redoks dan Elektrokimia
2
Untuk memfasilitasi proses belajar, latihan, dan asesmen dalam upaya mencapai Standar
Kompetensi dan Kompetensi Dasar tersebut di atas, e-materi ini disajikan dalam
organisasi materi seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Pertama, pembelajar
mempelajari topik Reaksi Redoks, kemudian dilanjutkan dengan mempelajari topik
Elektrokimia. Untuk memudahkan dalam mempelajari kedua topik ini, masing-masing
diuraikan ke dalam beberapa subtopik sehingga pembelajar dapat mengatur progres
belajar dengan kejelasan batas-batasnya. Dengan menyelesaikan kedua topik ini
tentunya diharapkan pembelajar dapat mencapai SK-KD sebagaimana yang telah
ditetapkan.
Reaksi Redoks dan Elektrokimia
1. Reaksi Reduksi-Oksidasi
1.2 Penyetaraan
Reaksi Redoks
2.1 Sel
Volta/Galvani
2.2 Sel
Elektrolisis
2.3 Korosi
2.3.3 Aplikasi
Pencegahan Korosi
2.3.2 Pencegahan
Korosi
2.3.1 Penyebab Korosi
2.2.2 Aplikasi Sel
Elektrolisis
2.2.1 Hukum Faraday
2.1.4 Aplikasi Sel Volta
2.1.3 Reaksi Sel
2.1.2 Potensial Sel
2.1.1 Anode/katoda
1.2.2 Metode
Setengah Reaksi
Definisi Reaksi
Redoks
1.2.1 Metode Bilangan
Oksidasi
1.1
2. Elektrokimia
Gambar 6 Peta konsep bahasan Reaksi Oksidasi-Reduksi dan Elektrokimia
E-Materi Reaksi Redoks dan Elektrokimia ini dapat diikuti dan dipelajari oleh pembelajar
yang telah memenuhi prasyarat sebagai berikut:
• mampu menyetarakan Reaksi Kimia
• mampu melakukan perhitungan Kimia (stoikiometri dan konsep mol)
Prasyarat ini pada umumnya telah dimiliki oleh pembelajar pada jenjang pendidikan
Sekolah Menengah Atas Kelas XII.
3
Untuk mempelajari e-materi dengan topik reaksi oksidasi-reduksi dan elektrokimia ini
disarankan untuk:
1. memperhatikan peta konsep untuk mengetahui bahasan topik ini secara
keseluruhan serta bagian-bagiannya.
2. membaca e-materi ini serta mengikuti langkah-langkah yang telah dituliskan serta
mengerjakan contoh soal dan latihan soal tambahan yang diberikan
3. melakukan percobaan yang disarankan dalam e-materi ini untuk membantu
meningkatkan pemahaman materi yang dipelajari dan membuktikan teori yang
dipelajari
4. untuk membuktikan konsep dan teori yang dipelajari dengan peristiwa dalam
kehidupan sehari-hari, e-materi ini dilengkapi dengan video terkait dengan topik
yang dibahas baik yang terjadi dalam kehidupan nyata maupun animasi untuk
membantu memahami materi yang disampaikan
5. untuk menghitung potensial sel, selain dilakukan dengan percobaan, dilakukan juga
dengan pendekatan menggunakan laboratorium kering (dry laboratory). Dengan
animasi dalam laboratorium kering ini akan membantu pembelajar memahami
konsep menghitung potensial sel.
4
Buku sekolah interaktif ini dipublikasikan dalam format PDF dan tersedia juga
dalam format MS Word (.docx). Pada bagian demonstrasi dan simulasi di dalam
buku sekolah interaktif ini, pembelajar dapat berinteraksi sebagaimana
diilustrasikan sebagai berikut:
Interaksi dalam Dokumen
Format Word (.docx)
-
Klik ganda pada area video untuk
menyaksikan demonstrasi atau
simulasi
Interaksi dalam Dokumen
Format PDF
-
-
Klik ganda pada area video untuk
menyaksikan demonstrasi atau
simulasi
Animasi atau video dapat
dikendalikan melalui player
control yang terletak di bagian
bawah area video.
Klik kanan tetikus di area video
untuk menu tambahan, antara lain
menampilkan fullscreen.
5
6
Konsep reaksi oksidasi-reduksi atau dikenal dengan
reaksi redoks adalah berdasarkan pengikatan dan
pelepasan oksigen, penyerahan dan penerimaan
elektron serta peningkatan dan penurunan bilangan
oksidasi.
Topik reaksi oksidasi-reduksi ini telah Anda pelajari di
kelas X pada topik bahasan Daya Hantar dan Reaksi
Redoks. Pada bahasan di kelas X tersebut, Anda
mempelajari konsep reaksi redoks yang diterapkan
dalam memberi tatanama suatu senyawa dan dalam
contoh untuk masalah lingkungan.Pada bagian bahasan
reaksi oksidasi-reduksi di kelas XII ini, Anda akan
mempelajari reaksi tersebut untuk diterapkan dalam
kehidupan sehari-hari seperti baterai, sel aki,
penyepuhan dan pemurnian logam, pencegahan
perkaratan (korosi) dan sel bahan bakar (fuel cell).
Gambar 7 Kerangka Pembahasan
Reaksi Redoks
Reaksi yang terjadi ketika logam seng ditambahkan ke dalam asam klorida adalah
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)

Selama reaksi tersebut berlangsung terjadi kenaikan bilangan oksidasi atom Zn dari 0
menjadi +2 dan penurunan bilangan oksidasi atom hidrogen dari +1 menjadi 0.
0
oksidasi
+2
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
+1
reduksi

0
Reaksi kimia yang melibatkan kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi oleh satu atau
beberapa atom seperti pada contoh diatas disebut sebagai reaksi oksidasi-reduksi atau
dikenal dengan reaksi redoks.
7
Oksidasi merupakan zat yang kehilangan
elektron, sedangkan reduksi adalah zat yang
menerima elektron.
Demonstrasi
Dapat dikatakan bahwa reaksi oksidasi-reduksi
adalah reaksi yang melibatkan transfer elektron.
Elektron yang dilepaskan oleh zat yang
mengalami oksidasi akan diterima oleh zat yang
mengalami reduksi. Reaksi pada persamaan (1),
elektron ditransfer dari atom Zn (yang
mengalami oksidasi) ke atom hidrogen (yang
mengalami reduksi).
Transfer elektron yang terjadi seperti pada reaksi
diatas dapat menghasilkan energi dalam bentuk
panas dan berjalan spontan seperti yang dapat
dilihat pada Video 1 dan Gambar 8. Transfer
elektron yang terjadi selama reaksi oksidasi
reduksi dapat pula digunakan untuk
memproduksi energi dalam bentuk listrik. Selain
itu, energi listrik dapat digunakan untuk proses
terjadinya reaksi kimia yang tidak spontan.
Bagaimana kita bisa mengindikasikan suatu
reaksi kimia mengalami oksidasi atau reduksi?
Pertama, kita dapat menuliskan bilangan oksidasi
masing-masing zat yang terlibat dalam suatu
reaksi seperti pada Reaksi (2). Dengan
menuliskan masing-masing bilangan oksidasi zat
yang terlibat selama reaksi, maka kita dapat
dengan mudah mengetahui perubahan bilangan
oksidasi yang terjadi. Bilangan oksidasi atom Zn
meningkat dari 0 menjadi +2 sedangkan pada
atom hidrogen terjadi penurunan bilangan
oksidasi dari +1 menjadi 0.
Video 1 Reaksi Zn dengan Asam Klorida
http://www.youtube.com/watch?v=oQz
5YEsx7Fo
Perhatikan reaksi yang terjadi pada
logam seng (Zn) yang dimasukkan ke
dalam asam klorida dalam Video 1.
Ilustrasi
Gambar 8 Reaksi logam Zn yang
Ditambahkan dalam Asam Klorida
8
Pada reaksi oksidasi reduksi diatas terlihat secara jelas adanya transfer elektron. Atom Zn
kehilangan elektronnya, sehingga bermuatan positif, Zn2+, sedangkan hidrogen H+(aq)
menerima elektron membentuk H2(g). Disisi lain, terdapat reaksi yang melibatkan
perubahan bilangan oksidasi, tetapi kita tidak bisa mengatakan apakah zat tersebut
melepaskan atau menerima elektron.
Perhatikan pada pembakaran gas hidrogen berikut:
0
oksidasi
+1
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)

0 reduksi -2
Hidrogen mengalami oksidasi dari bilangan oksidasi 0 menjadi +1, sedangkan oksigen
mengalami reduksi dengan indikasi menurunnya bilangan oksidasi dari 0 menjadi –2.
Oleh sebab itu, Reaksi (3) merupakan reaksi oksidasi-reduksi. Tetapi, karena air bukanlah
senyawa ionik, maka tidak terjadi transfer elektron dari hidrogen ke oksigen seperti pada
proses pembentukan air tersebut. Secara umum, kita tidak bisa menyatakan bilangan
oksidasi suatu atom dari muatannya dalam suatu komponen kimia.
Dalam reaksi oksidasi-reduksi, harus terjadi proses oksidasi dan reduksi. Dengan kata
lain, jika salah satu zat mengalami oksidasi, maka zat lain harus mengalami reduksi. Kita
dapat membayangkan bahwa adanya zat yang mengalami oksidasi merupakan awal
terjadinya reaksi reduksi pada zat lain.
Oleh karena itu, zat yang dioksidasi disebut agen pereduksi dan zat yang direduksi
disebut sebagai agen pengoksidasi. Pada contoh reaksi oksidasi-reduksi diatas, Zn (s)
adalah agen pereduksi dan O2 (g) adalah agen pengoksidasi.
9
No
1
Soal-Jawab
S
O
A
L
Identifikasikan mana dari phospine, PH3 yang mengalami oksidasi dan
reduksi serta tentukan mana yang menjadi agen pengoksidasi dan agen
pereduksi. Phospine, PH3, ini merupakan gas yang sangat beracun,
mudah terbakar dalam udara membentuk phosphorus (V) oksida dan uap
air.
Kesetimbangan reaksi yang terjadi adalah :
2PH3(g) + 4O2(g) → P2O5(s) + 3H2O(g)
J
A
W
A
B
Langkah pertama kita menuliskan bilangan oksdasi masing – masing spesi
dalam reaksi tersebut
2 PH3(g) + 4O2(g) → P2O5(s) + 3H2O(g)
-3
+1
0
+5 -2
+1 -2
Kita dapat dengan mudah melihat bahwasannya phosphor mengalami
kenaikan bilangan oksidasi dari -3 menjadi +5, sedangkan atom oksigen
mengalami penurunan bilangan oksidasi dari 0 menjadi -2. Jadi,
phosphorus mengalami oksidasi, PH3(g) sebagai agen pereduksi dan atom
oksigen mengalami reduksi, O2(g) sebagai agen pengoksidasi.
2
10
S
O
A
L
Identifikasi spesi yang berperan sebagai agen pengoksidasi dan agen
pereduksi dalam reaksi kimia dibawah ini:
J
A
W
A
B
Al merupakan agen pereduksi dan MnO4-(aq) merupakan agen
pengoksidasi
2H2O(g) + Al(s) + MnO4-(aq) → Al(OH)4-(aq) + MnO2(s)
Setelah mampu mengindikasi suatu reaksi oksidasi-reduksi, selanjutnya diperlukan
pengetahuan tentang cara menyetarakan reaksi oksidasi reduksi. Seperti halnya reaksi
kimia umumnya, untuk menyetarakan reaksi oksidasi-reduksi haruslah memenuhi
kesetimbangan massa, yaitu jumlah setiap element/atom harus sama antara kedua sisi.
Khusus untuk reaksi oksidasi-reduksi, ketika kita akan menyetarakannya, terdapat suatu
aturan tambahan, yaitu jumlah elektron yang terlibat selama reaksi, baik yang dilepas
oleh agen pereduksi maupun yang diterima oleh agen pengoksidasi haruslah sama.
Ada dua cara untuk menyetarakan reaksi, yaitu:
a. Metode Bilangan Oksidasi, dan
b. Metode Setengah Reaksi.
Prinsip penyetaraan reaksi oksidasi-reduksi menggunakan metode bilangan oksidasi
adalah dengan menyamakan jumlah elektron yang dilepaskan oleh agen pereduksi
atau reduktor dan elektron yang diikatkan oleh agen pengoksidasi atau oksidator.
Banyaknya elektron yang dilepas ataupun diterima ditentukan melalui perubahan
bilangan oksidasi yang terjadi. Dalam reaksi redoks, H2O sering terlibat di dalam reaksi,
sehingga molekul H2O perlu dituliskan dalam persamaan reaksi. Begitu pula ion H+ dan
OH-, kadang-kadang perlu dituliskan dalam persamaan reaksi redoks untuk menyatakan
apakah reaksi berlangsung dalam suasana asam atau basa.
Sebagai contoh, barium klorit, Ba(ClO2)2, dapat disintesis dengan mereaksikan peroksida
H2O2 dengan klorin dioksida, ClO2, dalam larutan barium hidroksida Ba(OH)2. Persamaan
reaksi yang terjadi adalah :
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g)
11
Marilah kita setarakan reaksi tersebut mengikuti tahapan langkah berikut:
NO
1
LANGKAH KEGIATAN
Menentukan bilangan oksidasi atom – atom yang terlibat selama reaksi :
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g)
2+
2
-2 +1
+1 -1
+4 -2
+2 +3 -2
+1 -2
0
Menentukan atom yang mengalami perubahan bilangan oksidasi yang terjadi:
+1
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g)
-1
3
Menentukan koefisien pengali:
Koefisien yang diperlukan adalah 1 untuk H2O2(aq) dan 1 untuk ClO2(aq), sehingga,
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + H2O(l) + O2(g)
4
Menyetarakan reaksi yang terjadi:
Koeffisien 2 untuk atom Cl, dan 2 untuk H2O(l) agar hydrogen dan oksigen
dikedua sisi setara. Maka persamaan reaksi yang terjadi adalah :
Ba2+(aq) + 2OH-(aq) + H2O2(aq) + 2ClO2(aq) → Ba(ClO2)2(s) + 2H2O(l) + O2(g)
12
Secara umum, metode penyetaraan setengah reaksi reduksi dan oksidasi adalah:
Langkah
Aktivitas
1
Menuliskan setengah reaksi yang terjadi dan menentukan spesi
yang mengalami reduksi atau oksidasi.
Menyetarakan jumlah atomnya, sementara abaikan H dan O.
Menyetarakan atom O dan H dengan cara penambahan H+, OH-,
atau H2O.
Menyetarakan muatan kedua sisinya dengan penambahan elektron.
Menambahkan kedua reaksi.
2
3
4
5
Marilah kita menyetarakan reaksi oksidasi-reduksi dengan metode setengah reaksi
untuk contoh reaksi berikut ini.
Cr2O72-(aq) + Cl-(aq) → Cr3+(aq) + Cl2(g) (dalam larutan asam)
NO
LANGKAH KEGIATAN
1
Menuliskan setengah reaksi yang terjadi dan Menentukan spesi yang mengalami
reduksi atau oksidasi.
Setengah reaksi yang terjadi adalah :
Cr2O72-(aq) → Cr3+(aq)
Cl-(aq) → Cl2(g)
2
Menyetarakan jumlah atomnya, sementara abaikan H dan O
Pada reaksi yang pertama dilakukan penyetaraan jumlah atom dikedua ruas.
Jumlah atom Cr ruas kiri berjumlah dua, sedangkan ruas kanan berjumlah satu,
sehingga koefisien 2 ditambahkan pada produknya. Tetapi, pada ruas kiri (reaktan)
terdapat 7 atom O sedangkan pada ruas kanan (produk) tidak terdapat atom
oksigen sama sekali.
13
NO
LANGKAH KEGIATAN
Untuk reaksi Cl-(aq) → Cl2(g)
Setengah reaksi lain dapat disetarakan, Cl produk memiliki 2 atom, sedangkan Cl
pada reaktan hanya satu atom. Oleh karena itu, perlu dilakukan penambahan
koefisien 2 pada sisi reaktannya.
2Cl-(aq) → Cl2(g)
3
Menyetarakan atom O dan H dengan cara penambahan H+, OH-, atau H2O
Karena jumlah atom O pada ruas kanan dan kiri tidak sama, maka perlu
ditambahkan 7H2O pada ruas kanannya dan dilakukan penambahan 14 atom H+
diruas kiri (reaktan) untuk penyetaraan reaksi.
14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)
4
Menyetarakan muatan kedua sisinya dengan penambahan elektron
Setelah reaksi setara dalam jumlah atomnya, maka langkah selanjutnya adalah
penyetarakan muatannya. Pada reaktan, muatannya berjumlah +12, sedangkan
pada produk muatannya berjumlah +6, sehingga perlu dilakukan penambahan 6e
diruas kiri.
6e + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)
Untuk reaksi kedua Cl-(aq) → Cl2(g)
Pada ruas kiri muatannya berjumlah -2, sedangkan diruas kanan muatannya
berjumlah 0, sehingga penambahan elektron dilakukan pada ruas kanan sebesar
2e.
2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e
5
Menambahkan kedua reaksi dan mengalikan kedua setengah reaksi dengan
faktor tertentu agar elektron yang terlibat saling meniadakan
Langkah terakhir adalah penambahan kedua setengah reaksi agar menghasilkan
reaksi secara lengkapnya, dengan syarat elektron yang terlibat harus meniadakan
satu sama lainnya, maka setengah reaksi yang pertama (Cr2O72-(aq)) dikalikan
dengan faktor pengali 1 dan setengah reaksi yang kedua dikalikan dengan faktor
pengali 3 agar elektron dikedua persamaan saling meniadakan.
(x1)
6e + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)
2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e
(x3)
maka,
6e + 14H+(aq) + Cr2O72-(aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)
6Cl-(aq) → 3Cl2(g) + 6e
14H+(aq)+Cr2O72-(aq) +6Cl-(aq) → 2Cr3+(aq) +7H2O(l) + 3Cl2(g)
14
Marilah kita menyetarakan reaksi oksidasi-reduksi dengan metode setengah reaksi
untuk contoh reaksi berikut ini.
CN-(aq) + MnO4-(aq) → CNO-(aq) + MnO2(s) (dalam suasana basa)
NO
LANGKAH KEGIATAN
1
Menuliskan setengah reaksi yang terjadi dan Menentukan spesi yang mengalami
reduksi atau oksidasi.
Setengah reaksi yang terjadi adalah :
CN-(aq) → CNO-(aq)
MnO4-(aq) → MnO2(s)
2
Menyetarakan jumlah atomnya, sementara abaikan H dan O
Pada persamaan yang pertama, CN-(aq) → CNO-(aq), jumlah atom C dan N sama.
Tetapi pada produknya terdapat atom O.
Selanjutnya dilakukan pada setengah reaksi yang kedua, yaitu MnO4-(aq) → MnO2(s).
Jumlah atom Mn pada kedua ruas telah setara. Tetapi jumlah atom O belum setara.
3
Menyetarakan atom O dan H dengan cara penambahan H+, OH-, atau H2O
Karena pada reaksi pertama terdapat atom O diruas kanan atau produk, maka
diruas kiri harus dilakukan penambahan atom O yang diperoleh dari ion OH- karena
reaksi dilakukan pada suasana basa, sehingga reaksi menjadi
OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq)
Jumlah atom O dan H dikedua ruas tidak sama, sehingga perlu dilakukan
penyetaraan dengan penambahan atom H2O dan koefisien 2 untuk penyetaraan
kedua ruas.
2OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq) + H2O(l)
Penyetaraan selanjutnya dilakukan pada setengah reaksi yang kedua. Jumlah atom
Mn pada kedua ruas telah setara. Tetapi jumlah atom O belum setara, sehingga
dilakukan penyetaraan dengan langkah penambahan H2O pada kedua ruas dan
elektron.
3e + 4H2O(l) + MnO4-(aq) → MnO2(s) + 2H2O(l) + 4OH-(aq)
15
NO
4
LANGKAH KEGIATAN
Menyetarakan muatan kedua sisinya dengan penambahan elektron
Langkah selanjutnya adalah menyetarakan muatan yang terlibat dalam reaksi
tersebut. Ruas kiri jumlah muatannya -3, sedangkan ruas kanan -1, sehingga perlu
dilakukan penambahan 2e pada ruas kanan agar reaksi setara.
2OH-(aq) + CN-(aq) → CNO-(aq) + H2O(l) + 2e
Kedua setengah reaksi yang telah disetarakan adalah :
2OH-(aq) + CN-(aq)
→ CNO-(aq) + H2O(l) + 2e
3e + 4H2O(l) + MnO4-(aq) → MnO2(s) + 2H2O(l) + 4OH-(aq)
5
Menambahkan kedua reaksi dan mengalikan kedua setengah reaksi dengan
faktor tertentu agar elektron yang terlibat saling meniadakan
Reaksi total yang terjadi adalah :
2OH-(aq) + CN-(aq)
→ CNO-(aq) + H2O(l) + 2e
3e + 4H2O(l) + MnO4 (aq) → MnO2(s) + 2H2O(l) + 4OH-(aq)
(x3)
(x2)
sehingga
→ 3CNO-(aq) + 3H2O(l) + 6e
6OH-(aq) + 3CN-(aq)
6e + 8H2O(l) + 2MnO4-(aq) → 2MnO2(s) + 4H2O(l) + 8OH-(aq)
6OH-(aq) + 3CN-(aq) + H2O(l) + 2MnO4-(aq) → 2MnO2(s) + 3CNO-(aq) + 2OH-(aq)
16
Pengertian Oksidasi-Reduksi
Contoh
a) berdasarkan penambahan dan
pengurangan oksigen, reaksi oksidasi
adalah penambahan oksigen pada suatu
zat, sedangkan reduksi adalah pelepasan
oksigen dari senyawanya.
reaksi oksidasi:
2Fe(s) + O2(g) --> 2FeO(s)
C(s) + O2(g) --> CO2(g)
reaksi reduksi:
2CuO(s) --> 2Cu(s) + O2(g)
2Fe2O3(s) --> 4FeO(s) + O2(g)
b) berdasarkan pelepasan dan
penangkapan elektron, reaksi oksidasi
adalah reaksi pelepasan elektron,
sedangkan reaksi reduksi adalah reaksi
penangkapan elektron.
reaksi oksidasi:
Fe2+ = Fe3+ + e
Cu = Cu2+ + 2e
reaksi reduksi:
Cl2 + 2e = 2 Cl2 H+ + 2e = H2
c) berdasarkan perubahan bilangan
oksidasi, reaksi oksidasi adalah reaksi
yang mengakibatkan peningkatan
bilangan oksidasi, sedangkan reduksi
adalah reaksi yang mengakibatkan
penurunan bilangan oksidasi.
reaksi oksidasi
Mg + 2 HCl = Mg2+ + H2
Fe + 3HCl = Fe3+ + 3Cl- + H2
reaksi reduksi
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
17
Berikut ini langkah-langkah percobaan untuk simulator di atas.
Langkah
1
2
3
4
5
18
Aktivitas
pilihlah pasangan pengoksidasi dan pereduksi dengan cara memberikan
tanda centang pada kotak yang tersedia
klik SUBMIT untuk menjalankan reaksi oksidasi-reduksi tersebut
perhatikan persamaan setengah reaksi tersebut. Seimbangkan sesuai
dengan konsep menyeimbangkan reaksi oksidasi-reduksi yang telah Anda
pelajari. Klik VOID untuk memilih H2O atau OH- atau H+.
masukkan nilai koefisien untuk menyeimbangkan reaksi oksidasi dan
reduksi tersebut
bila sudah selesai, klik SUBMIT. Bila jawaban Anda masih salah, akan
muncul komentar “no, modify” . Cobalah lagi mengulangi hingga
mendapatkan jawaban yang benar.
No
1
Soal-Jawab
Setarakan reaksi kimia berikut ini:
Mn2+(aq) + NaBiO3(s) → Bi3+(aq) + MnO4-(aq)
Jawaban
2Mn2+(aq) + 5NaBiO3(s) + 14H+(aq) → 5Bi3+(aq) + 2MnO4-(aq) + 5Na+(aq) + 7 H2O(l)
2
Setarakan reaksi berikut:
NO2-(aq) + Al(s) → NH3(g) + Al(OH)4-(aq)
Jawaban
NO2-(aq) + 2Al(s) +7 H2O(l) + OH-(aq)→ NH3(g) + 2Al(OH)4-(aq)
19
No
Pertanyaan
1
Yang dimaksud dengan reduktor adalah :
a Zat yang mengalami reaksi reduksi
b Zat yang mengalami reaksi oksidasi
c Zat yang menangkap elektron pada reaksi redoks
d Zat yang mengalami penurunan bilangan oksidasi pada reaksi redoks
e Zat yang melepaskan atom oksigen pada reaksi redoks
2
Jika diketahui bilangan oksidasi dari atom Cl adalah dari −1 sampai dengan +7,
maka senyawa berikut yang tidak dapat menjadi oksidator adalah:
a ClO2−
b ClO3−
c Cl2
d Cl−
e ClO−
3
Pengertian dari reaksi disproporsionasi adalah sebuah reaksi yang…
a Terjadi oksidasi dan reduksi secara bersamaan
b Terjadi oksidasi dan reduksi secara berimbang
c Terjadi oksidasi dan reduksi pada satu zat
d Terjadi reduksi saja
e Terjadi oksidasi saja
4
5
20
Jika diketahui reaksi redoks :
Al + NO3− → Al(OH)3 + NH3.
maka diperoleh Al dan NO3− sebanyak
a 8 Al dan 3 NO3−
b 3 Al dan 8 NO3−
c 3 Al dan 3 NO3−
d 8 Al dan 8 NO3−
e 3 Al dan 4 NO3−
Tentukan nilai a, b, c, d, e, f, dan g dari reaksi berikut:
CrI3 + b KOH + c Cl2 → d K2CrO4 + e KIO4 + f KCl + g H2O
a 2, 64, 27, 2, 6, 54, 32
b 2, 27, 2, 64, 6, 54, 32
c 2, 64, 27, 6, 2, 54, 32
d 2, 64, 27, 2, 6, 32, 54
e 2, 64, 22, 7, 6, 54, 32
No
Pertanyaan
6
Banyaknya Fe2+ yang dapat dioksidasi oleh 1 mol Cr2O72− yang menghasilkan Fe3+
dan Cr3+ adalah
a 1 mol
b 2 mol
c 3 mol
d 4 mol
e 6 mol
7
Jika diketahui persamaan reaksi redoks (belum setara) :
KMnO4 + H2C2O4 + H+ → CO2 + Mn2+ + H2O
maka jumlah KMnO4 0,1 M yang dibutuhkan untuk mengoksidasi 200mL H2C2O4
0.2M adalah
a 160 mL
b 200 mL
c 120 mL
d 80 mL
e 320mL
8
Jumlah elektron yang digunakan dalam reaksi redoks berikut ini adalah :
Sn + NO3- → Sn4+ + N2O
a 1 elektron
b 2 elektron
c 3 elektron
d 4 elektron
e 5 elektron
9
Koefisien HCl dalam reaksi redoks berikut ini adalah :
KMnO4 + H2C2O4 + HCl → CO2 + MnCl2 + H2O + KCl
a 6
b 7
c 8
d 9
e 10
10
H2O2 dalam reaksi berikut bertindak sebagai :
H2O2 + MnO4- → O2 + Mn2+
a Oksidator
b Reduktor
c Oksidator dan Reduktor
d Molekul Spectator
e Ion Spectator
21
22
Anode
Elektrode tempat terjadinya proses oksidasi.
Dalam sel Volta disebut sebagai elektrode negatif.
Baterai
Sumber energi yang portable yang merupakan kumpulan sel
Volta yang disusun secara seri.
Katode
Elektrode tempat terjadinya proses reduksi.
Dalam sel Volta disebut sebagai elektrode positif.
Korosi
Proses teroksidasinya suatu logam dalam kehidupan sehari-hari,
besi yang teroksidasi disebut dengan karat dengan rumus Fe
2O3.xH2O.
Oksidasi
Proses kimia yang mana spesi kimia mengalami pelepasan satu
atau lebih elektron. Oksidasi merupakan kebalikan dari reduksi.
Potensial Sel
Beda potensial antara elektrode-elektrode dari suatu sel.
Reduksi
Proses kimia yang mana spesi kimia mengalami peningkatan satu
atau lebih elektron. Reduksi merupakan kebalikan dari oksidasi.
Sel Bahan-bakar
Sel Elektrolisis
Sebuah sel elektrokimia yang memanfaatkan energi listrik untuk
menjalankan reaksi kimia yang secara alamiah tidak dapat
berlangsung (memiliki nilai potensial sel negatif).
Setengah sel
Kompartemen anode atau katode dari sebuah sel elektrokimia,
menyertakan semua reaksi yang terjadi pada elektrode tertentu.
Setengah reaksi
Reaksi redoks yang terjadi dalam setengah sel, terjadi pada
anode atau pada katode.
71
72
1.
2.
3.
4.
5.
Brown, T.L. dan LeMay, H.E. Chemistry-The Central Science. Fifth. Ney Jersey
USA : Prentice-Hall, Inc, 1991.
Johari, J.M.C. dan Rachmawati, M. Chemistry 3A. s.l. : PT. Penerbit Erlangga,
2011.
Zumdahl, S.S. Chemistry. Second . USA : D.C. Heath and Company, 1989.
Rahayu, I. Praktis Belajar Kimia. s.l. : PT. Visindo Media Persada, 2009.
Utami, B. dkk. Kimia Untuk SMA dan MA Kelas XII. . s.l. : Pusat Perbukuan,
2009.
73
74
Untuk memperkaya sumber belajar di lingkungan pendidikan diperlukan campur
tangan perguruan tinggi yang memiliki ilmuwan, peneliti, innovator, dan co-kreator
dalam bidang teknologi informasi dan komunikasi serta berpengetahuan dalam
bidangnya. Idealnya, apabila sumber belajar ini mampu diakses oleh banyak
pengguna, murah, dan dinamis, seyogyanya dapat diproduksi oleh dosen di
perguruan tinggi dalam rangka menumbuh kembangkan technopreneurship
perguruan tinggi.
Alhamdulillah, melalui program kerjasama antara Institut Teknologi Sepuluh
Nopember dengan Direktorat Pembelajaran dan Kemahasiswaan Ditjen Dikti ini telah
dikembangkan sumber belajar untuk siswa SMA Kelas XII dengan topik Reaksi Redoks
dan Elektrokimia. Sumber belajar ini dikemas dalam bentuk Buku Sekolah Interaktif,
disamping modul berbasis Web (e-materi) sebagai pendampingnya. Buku Sekolah
Interaktif dan e-materi ini sebagai contoh dalam pengembangan e-materi sekaligus
contoh bagi penyusunan Buku Sekolah Elektronik.
Buku Sekolah Interaktif dan e-materi ini merupakan sarana yang ampuh bagi siswa
dan mahasiswa untuk belajar tanpa mengenal keberadaannya dan waktunya.
Ketersediaan Buku Sekolah Interaktif dan e-materi semacam ini diharapkan dapat
memberikan kontribusi bagi pembelajaran yang sangat efisien, karena sumber belajar
yang sama dapat digunakan oleh ribuan orang dalam waktu yang bersamaan.
Pembelajaran akan menarik terutama bagi siswa, karena informasi yang dihadirkan
dalam sarana ini mudah dipahami, menyenangkan, membuat peserta belajar semakin
penasaran untuk lebih tahu, dan murah. Konten yang lengkap dan jelas akan
menumbuhkan minat belajar dan akan semakin digemari sampai tumbuhnya
masyarakat yang cerdas, kaya pengetahuan, bahkan sampai berkemampuan
mengembangkan ilmu pengetahuannya melalui percobaan, penelitian, kajian yang
akhirnya akan berdaya dengan pengembangan kompetensinya.
Pada program ini, e-materi dikembangkan dengan strategi objek pembelajaran
dimana materi pelajaran dipecah ke dalam bagian-bagian kecil menggunakan prinsip
keberbutiran dan mewujudkannya sebagai objek lepasan yang dapat dilepas dan
dirangkai kembali hingga dapat menjalankan mekanisme share dan reuse objek
pembelajaran. Mekanisme share dan reuse dalam pengembangan dan manajemen
konten pembelajaran sangat mendukung program berbagi e-materi sehingga dapat
membantu untuk membudayakan berbagi ilmu-pengetahuan, teknologi dan seni.
75